The formation of thermal barrier coatings by the method of pyrolysis salts Zr-Y in Ar-He-H2 plasma

Abstract

The technology for the formation of nanostructured ceramic thermal barrier coating by injection of precursor ZrO2-Yfl3 in the plasma is worked out. An experimental setup for the deposition prekurosora ZrO2-Yfl3 is designed and constructed. Prototypes of a thermal barrier coating are received on this equipment, spraying regime is worked out. The results of temperature cycling test (under the regime of the cycle – 100°C-1150°C (15 min)- 100°C) showed that the advantage of the obtained coating over conventional ceramic plasma is 40%. This result is explained by the fact that vertical cracks serving compensators stresses are formed in the coating. The number of cracks can be controlled by adjusting the deposition conditions (flow precursor spray angle, plasma power, etc.) Authors suggest that the precursor alloying ZrO2-Yfl3 by oxide of rare earth metal (Gd, Yb, Nd, Er) will increase the operating temperature of the coating due to phase stability at temperatures above 1200°C.

Спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, на которой получены образцы с теплозащитным керамическим покрытием путём впрыска прекурсора ZrO2-Y2O3 в Ar-He-H2 плазму. Установлены режимы напыления. Результаты термоциклических испытаний при режиме цикла – 100° С-1150° С(15 мин)-100° С показали преимущество полученного покрытия над традиционным плазменным на 40%. Авторы предполагают, что легирование прекурсора ZrO2-Y2O3 оксидами редкоземельных металлов приведёт к повышению температуры эксплуатации покрытия. Впрыск прекурсора ZrO2 – 7%Y2O3 в плазму осуществлялся при помощи пневматической форсунки. В процессе напыления температура на поверхности образца не превышала 700-750° С. Характерная структура поверхности ТЗП представлена на рис. 4. Анализ микроструктуры покрытия на электронном микроскопе JEOL JSM6510LV показал наличие сферических частиц ZrO2+7%Y2O3 частиц с полным и частичным проплавлением, сплавлением и поперечные микротрещины. Перед формированием керамического ТЗП на образцы был нанесён металлический жаропрочный слой ПКХ-27Ю7С3И 170 мкм традиционным плазменным методом и выполнен термодиффузионный отжиг в вакууме при температуре 1050° С в течение 4 часов.